Evaluación del proceso de erosión en la playa de Varadero, Cuba

Nota técnica
Evaluación del proceso de erosión
en la playa de Varadero, Cuba
• Luis Fermín Córdova-López •
Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cuba
*Autor de correspondencia
Resumen
Abstract
CÓRDOVA-LÓPEZ, L.F. Evaluación del proceso de erosión
en la playa de Varadero, Cuba. Tecnología y Ciencias del Agua.
Vol. V, núm. 1, enero-febrero de 2014, pp. 175-183.
CÓRDOVA-LÓPEZ, L.F. Evaluation of erosion process in Varadero
Beach, Cuba. Water Technology and Sciences (in Spanish). Vol.
V, No. 1, January-February, 2014, pp. 175-183.
El efecto de eventos extremos, huracanes en particular, trae
consigo cambios en la morfología de las playas de arena que
provocan efectos adversos desde el punto de vista económico
en playas con alto valor turístico. La aplicación de un tren
de modelos matemáticos debidamente acoplados para la
generación, propagación del oleaje y cambios morfológicos
en playas de arena son aplicados con el objetivo de evaluar
los cambios morfológicos durante la ocurrencia del huracán
Michelle (2001) de conocido efecto destructivo en la playa de
Varadero, Matanzas, Cuba.
The effect of extreme events, in particular hurricanes, cause
changes in the morphology of the sand beaches and adverse effects
from the economic point of view in beaches with high tourist value.
The application of a train of mathematical models properly coupled
for the generation, propagation of the wave and morphological
changes in beaches are applied with the objective of evaluating
the morphological changes during the occurrence of the hurricane
Michelle (November, 2001) of well-known destructive effect in the
Varadero beach, Matanzas, Cuba.
Palabras clave: playa, erosión, modelos matemáticos, costa.
Keywords: beach, erosion, mathematical models, coast.
Introducción
Materiales y métodos
La Isla de Cuba, la más grande de las Antillas
Mayores, se localiza en la zona tropical del
Atlántico Norte. Es afectada anualmente por
huracanes, considerados como los más importantes, ya que ocasionan los mayores desastres.
La necesidad de pronosticar los cambios físicos
de las costas, así como la determinación de las
zonas críticas de las playas de arena destinadas
al turismo son de vital importancia.
Los objetivos del trabajo son evaluar el
proceso de erosión de la playa Varadero, situada
en la península de Hicacos, durante el paso del
huracán Michelle, entre los días 4 de noviembre
de 2001 a las 0:00 horas hasta el 6 de noviembre a
las 12:00 UTC, y definir los sectores más críticos
que permitan a los especialistas y autoridades
analizar y desarrollar futuras acciones de
rehabilitación.
Se aplica un Sistema de Ingeniería Costera y
Marítima (SICOM). El SICOM está compuesto
por un tren de modelos matemáticos acoplados
y anidados, constituido por un modelo de
generación del campo de viento asociado con
los huracanes a partir del modelo Paramétrico
de Viento propuesto por Holland (1980) y
calibrado de su parámetro B por Córdova
et al. (2012); para la generación del oleaje a
escala oceánica se aplica el modelo WWIII
(Tolman, 2009), y la propagación se realiza
mediante el modelo SWAN (Booij et al., 2009).
La información de clima marítimo y niveles del
mar son condición de frontera para el modelo
de cambios morfológicos Xbeach (Roelvink,
2010). En la figura 1 se presenta el SICOM.
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Figura 1. Sistemas de Ingeniería Costera y Martítima (SICOM).
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Características generales del área de
estudio
La playa Varadero se encuentra en el extremo
más septentrional de la isla, ocupa la parte
norte de la península de Hicacos, situada en
la costa noroeste de Cuba, a unos 130 km al
este de La Habana y a 32 km de la ciudad de
Matanzas. La península presenta una longitud
de 22 km, ancho máximo de 500 metros y con
una proyección de 70º de acimut (SW-NE)
(Córdova y Torres, 2008; Izquierdo, 2004).
En la actualidad, Varadero ingresa aproximadamente 400 millones de dólares por año,
lo que representa el 37% del ingreso total del
turismo en Cuba y, por tanto, tiene un papel
importante en la economía nacional (Torres,
2007; Van Bentum et al., 2010).
Perfiles de playa y batimetría de la zona de
estudio
Para la realización de la investigación se utilizan
datos de perfiles medidos en el mes de marzo
del año 2001 por el Instituto de Oceanología de
Cuba (figura 2).
Batimetría
Como se observa en la figura 2, la batimetría de
Varadero se caracteriza por ser prácticamente
recta y paralela a la línea de costa.
La pendiente submarina se caracteriza
por ser ligeramente suave, con tendencia
decreciente; esta progresiva disminución
de la pendiente hacia el noreste se debe al
ensanchamiento de la plataforma insular, que
tiene lugar a partir del segundo tercio de la
playa.
Sedimentología
Se considera que la arena predominante de
la playa de Varadero está conformada por el
fragmento de 0.25-0.5 mm y el diámetro medio
del grano se puede considerar igual a 0.26 mm
(arena nativa). Su fuente principal son las algas
halimeda.
Niveles del mar
El rango de la marea en la península es de
aproximadamente 0.5 m.
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Figura 2. Localización de los perfiles seleccionados (Izquierdo, 2004).
Fenómeno meteorológico seleccionado para la
realización del estudio
divide en tres zonas: oeste, centro y este (figura
4).
Huracán Michelle: ocurrió del 29 de octubre al
6 de noviembre de 2001. Depresión tropical
número 15 del año 2001. Su entrada en la
isla de Cuba fue aproximadamente a las seis
de la tarde del 4 de noviembre. La velocidad
promedio del cruce por el territorio cubano fue
de 25 km/h (Beven, 2002).
Establecimiento del modelo de Xbeach.
Definición de las condiciones de fronteras
Para la comparación y selección de las zonas
en que se desarrolla el estudio en la península
de Hicacos se aplica el siguiente criterio: los
perfiles deben presentar un comportamiento
similar desde el punto de vista batimétrico. En la
figura 3 se presentan los perfiles seleccionados.
Se observa cómo la batimetría de los perfiles
que se encuentran en la zona occidental de
la península de Hicacos presenta mayor
pendiente, en comparación con los perfiles de
la zona central y oriental, mostrando cada vez
una pendiente, más suave hacia el noroeste.
En función del comportamiento batimétrico
mostrado anteriormente, el área de estudio se
Se establece el modelo en 1Dimensión con
espaciamiento de cinco metros, simulando para
cada perfil seleccionado. Se señala que se realiza
la simulación de acuerdo con los resultados de
calibración y validación obtenidos por Córdova
et al. (2010). Las condiciones de frontera mar
afuera se definen utilizando los resultados de
la propagación aplicando el modelo SWAN.
Condiciones de frontera
Oleaje
El procedimiento consiste en colocar una
boya virtual en el último dominio del sistema
SICOM, perteneciente al modelo SWAN, frente
a cada zona de estudio seleccionada. Como se
puede observar en las figuras 5, 6 y 7, los valores
de las características del oleaje son similares en
las tres boyas para el caso del huracán Michelle;
se destaca que el comportamiento es igual
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Definición de las zonas de estudio
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Figura 3. Comparación de los perfiles.
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Figura 4. Península de Hicacos dividida en zonas (Izquierdo, 2004).
para los dos eventos restantes seleccionados.
El criterio de selección fue tomar los mayores
valores en cada boya virtual. Se denomina Boya
V1 en la zona oeste, Boya V2 en la zona centro y
Boya V3 en la zona este. La comparación entre
las boyas virtuales para el caso del huracán
Michelle se tiene en las figuras 5, 6 y 7.
Definición de las variables morfológicas y cálculos
estadísticos
Con el objetivo de cuantificar los cambios morfológicos ocurridos durante las simulaciones
Figura 5. Altura de ola significativa.
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Niveles del mar
El modelo Xbeach puede incluir como
condición de frontera la variación de niveles
del mar debido a la marea meteorológica. A
continuación de define para cada huracán el
comportamiento de esta variable (huracán
Michelle, figura 8).
Resultados y discusión
Figura 7. Dirección del oleaje.
realizadas por el modelo XBeach para las
tres trayectorias de huracanes de estudio y
perfiles seleccionados, se definen las siguientes
variables morfológicas, como indicadores de
los diferentes procesos: volumen de erosión,
volumen de acreción, balance sedimentario y
longitud de retroceso de la línea de costa. El
análisis comparativo entre zonas y la definición
de los perfiles en cada una de ellas de mayores
cambios morfológicos se realiza en función de
los siguientes valores estadísticos: valor medio
de volumen de erosión, acreción y balance de
arena; valor medio de longitud de retroceso
de la línea de costa; valor máximo y mínimo
de volumen de erosión, acreción y balance de
arena; valor máximo y mínimo de longitud de
retroceso de la línea de costa.
El análisis se realiza mediante variables morfológicas definidas anteriormente y los
resultados estadísticos (comparación cuantitativa entre zonas de estudio).
Del análisis de las figuras 9 y 10 se concluye
que el área más activa es la zona centro ante
el paso del huracán Michelle, con valores de
erosión de 122.57 m3/m y retroceso de la línea
de costa de 17.44 metros.
El análisis por perfiles destaca que dentro
de la zona centro, el área representada por el
perfil Museo es el más crítico, con una tasa de
erosión de 105.75 m3/m y el perfil de menor
erosión, el perfil PN-30, con un valor de 50.07
m3/m (figura 11).
Respecto al balance de arena, como se
observa en la figura 12, en todos los perfiles
ocurre un aporte de arena al sistema,
fundamentalmente en el caso del PN-24,
donde se puede constatar un mayor volumen
de acreción, en comparación con los valores de
los demás perfiles.
Figura 8. Sobreelevación para el tiempo de simulación del
huracán Michelle.
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Figura 6. Periodo pico.
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Figura 9. Valor medio de volumen de erosión, acreción y balance de arena.
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Figura 10. Valor medio de longitud de retroceso de la línea de costa.
Figura 11. Volúmenes máximos y mínimos de erosión por zona.
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Figura 12. Volúmenes máximos y mínimos de balance de arena.
Como conclusión del análisis para la
trayectoria del huracán Michelle, la zona central
es la más activa de la península de Hicacos.
Dentro de la misma se encuentran los perfiles
que presentan los valores máximos en cuanto
a las variables morfológicas calculadas, estos
son: Museo y PN-24. Se determinan los perfiles
críticos por zona, en función de la longitud de
retroceso de la línea de costa, definiendo estos
sectores como puntos críticos para este tipo de
trayectoria, los cuales son: perfil Kawama en la
zona oeste, con un retroceso de la línea de costa
de 25.38 metros; en la zona centro, el perfil PN24; y en la zona este, el PN-26, con retroceso de
Figura 13. Longitudes máximas y mínimas de retroceso de la línea de costa por zona.
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Por otra parte, el perfil Duna M es el que
presenta el menor, significando que en esta zona
existe mayor equilibrio entre los fenómenos de
erosión y acumulación, o acreción. Referente
al retroceso de la línea de costa, el mayor
retroceso se produce en la zona central, en el
perfil PN-24, como se observa en la figura 13; se
señala como aspecto interesante que en la zona
representada por el perfil PN-24 se conjuga una
mayor acreción de forma general por aporte de
arena desde el mar, pero un mayor movimiento
de sedimento hacia el mar en la zona de playa
seca por los efectos del huracán, generando
acumulación en la zona media del perfil.
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Cuadro 1. Resumen de los cambios morfológicos de los perfiles críticos ante el paso del huracán Michelle.
Perfiles
FPS
LRLC
(m)
VTE
(m3/m)
VTA
(m3/m)
ZME
(m)
VZME
(m3/m)
ZMA
(m)
VZMA
(m3/m)
Kawama
Acreción
25.38
58.73
74.99
0-65
56
105-160
57.84
PN-24
Acreción
30.26
71.5
140.21
0-60
60.33
65-175
131.14
PN-26
Acreción
24.52
92.55
127.92
5-70
84.19
75-195
118.33
la línea de costa de 30.26 metros y 24.52 metros,
respectivamente.
En el cuadro 1 se resumen los perfiles críticos,
se puede observar en qué zonas del perfil
ocurren los fenómenos de erosión y acreción,
y de forma general, a partir del balance
sedimentario, qué proceso predomina. Tomando como referencia este último aspecto,
se define que ocurre el fenómeno de acreción
de forma general; sin embargo, en todos los
casos hay un retroceso de la línea de costa y el
proceso de erosión ocurre en la duna, berma
y los primeros 70 metros correspondientes a
la pendiente sumergida, lo cual representa
las mayores afectaciones al área de mayor
uso lúdico y, por tanto, de mayor importancia
turística. En el cuadro 1, las variables significan:
FPS: fenómeno predominante del sistema;
LRLC: longitud de retroceso de la línea de costa
(m); VTE y VTA: volumen total de erosión y
acreción (m3/m); ZME y ZMA: zona de mayor
erosión y acreción (desde-hasta); VZME y
VZMA: volumen de la zona de mayor erosión
y acreción (m3/m).
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Conclusiones
Se define la zona centro como la de mayor
dinámica en la simulación para el huracán
Michelle (noviembre 2001). Con volúmenes
erosión promedio de 122.57 m3/m. Esta zona
también se caracterizó como la que presenta
mayor longitud media de retroceso de la línea
de costa desde 15 hasta 22 m. Se definen como
los sectores más críticos los representados
por los perfiles Kawama, PN-24 y PN-26,
atendiendo a la longitud de retroceso de la
línea de costa.
Recibido: 02/08/12
Aceptado: 25/04/13
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